Өнөөдөр бид ирээдүйн транзисторуудын талаар ярилцаж, тэдгээрийг бүтээх бүх нууцыг илчлэх болно. Зах зээлд удаан хугацаанд хараагүй байсан чип үйлдвэрлэх бүтэц, арга барилд асар их өөрчлөлт хийх үе бидний өмнө аль хэдийн тодорхой болсон. Дэлхийн хамгийн агуу оюун ухаантнууд бие даасан атомуудыг яг өөрт хэрэгтэй байдлаар бүжиглүүлж, физикийн хуулийг үл тоомсорлож буй үйлдлүүдийг хийхэд ямар томьёо ашиглах вэ гэж бодож нойргүй хонож байна.
Энэ нь мөн АНУ, Солонгос, Тайванийн хагас дамжуулагч аваргуудын өрсөлдөөн ширүүссэн үе байх болно. Тэд бол удахгүй болох парадигмын өөрчлөлтийн давуу талыг ашиглан технологийн удирдагчийн байр сууриа сэргээх, олж авах эсвэл бэхжүүлэхийг хичээдэг хүмүүс юм. Биднийг ямар шинэчлэл, хувьсгал хүлээж байна вэ? Өнөөдөр тайлбарлахыг хичээцгээе.
Мөн уншина уу: AMD XDNA гэж юу вэ? Ryzen процессорууд дээр хиймэл оюун ухааныг дэмждэг архитектур
Транзисторын геометрийг өөрчлөх
Эс тэгвээс тэдний зорилго өөрчлөгдөх болно. Хагас дамжуулагч гурван том үйлдвэрлэгч (TSMC, Intel, Samsung), эдгээр нь GAAFET транзисторууд юм. Энэ нь 2011 онд Intel-ийн FinFET транзисторыг дэлхий нийтэд үзүүлснээс хойш транзисторын геометрийн анхны томоохон өөрчлөлт юм. Би GAAFET-ийн сэдвээр нэг их зүйл ярихыг хүсэхгүй байна, учир нь энэ нь тусдаа нийтлэл шаарддаг. Энд бид зөвхөн тэдний цаад үзэл баримтлалыг хэлэлцэх болно.
Транзисторыг жижигрүүлснээр инженерүүд богино сувгийн эффект гэж нэрлэгдэх болсон. Товчхондоо, транзисторын ус зайлуулах хоолой, ус зайлуулах хоолой хоёрын хоорондох зай багасах тусам асуудал улам бүр томорч байв. Өөрөөр хэлбэл, хаалт нь сувгаар урсаж буй гүйдлийг хянах чадвараа алдаж эхлэв. Хэдэн арван жилийн турш энэ асуудлыг шийдэх арга зам нь цахиур хавтангийн гадаргуугаас сэрвээ (тиймээс FinFET-д сэрвээ буюу сэрвээ) хэлбэрээр цухуйх явдал байв. Энэ нь хаалга нь сувагтай гурван талдаа (эсвэл ирмэг нь шаантаг хэлбэртэй хөндлөн огтлолтой бол хоёр) холбогдох боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь гүйдлийн урсгалыг илүү хянах, транзисторын цахилгаан параметрүүдийг транзисторын хэрэгцээнд тохируулах уян хатан байдлыг хангах боломжийг олгодог. дизайн.
Гэсэн хэдий ч транзисторууд тогтмол буурч байгаа нь энэ нь хангалтгүй болсон гэсэн үг юм. Хаалга нь транзисторын сувгийг хүрээлж эхэлсэн, өөрөөр хэлбэл GAAFET транзисторуудыг үүсгэсэн байх шаардлагатай (GAA нь Gate-All-Around гэсэн товчлол юм). Энгийнээр хэлбэл, FinFET транзисторууд нь ихэвчлэн хоёр эсвэл гурван ирмэгтэй байдаг тул та тэдгээрийг нэг талд байрлуулсан FinFET транзистор гэж ойлгож болно. Энэ нь олон давхаргат сэндвичтэй адил бөгөөд хоолой эсвэл хуудас хэлбэртэй сувгууд нь нэг нэгнийхээ дээр байрладаг бөгөөд тусгаарлагч ба хаалганы давхаргаар тусгаарлагдсан байдаг. Хэдийгээр энэ үзэл баримтлал нь олон жилийн туршид мэдэгдэж байгаа бөгөөд одоо байгаа тоног төхөөрөмж, процессыг ашигладаг боловч түүний хэрэгжилт тийм ч чухал биш юм. Асуудал нь зарим үе шатанд сувгийн дараагийн давхаргууд нь зөвхөн түр зуурын "тулгуур" -аар бэхлэгдсэн агаарт өлгөгдсөн байдаг. Үүний зэрэгцээ тэдгээрийн доод хэсгийг нэг атомын зузаантай диэлектрик давхаргаар жигд хучиж, дараа нь бүх хоосон зайг материалаар сайтар дүүргэнэ.
GAAFETs нь өчүүхэн зүйл биш гэдгийг нөхцөл байдлаас нь харж болно Samsung. 2022 оноос хойш Солонгосын багцад MBCFET транзистор (маркетингийн нэр) бүхий процесс бий. Samsung GAAFET транзисторыг хэрэгжүүлэх). Гэсэн хэдий ч практик дээр энэ нь уралдаанд ердийн пиррикийн ялалт юм. Үнэн хэрэгтээ үүнийг ашиглан олж авсан бүрэн ажиллагаатай чипүүдийн хувь хэмжээ маш бага тул хэн ч үүнийг үйлдвэрлэлд ашиглахыг хүсдэггүй (тэр ч байтугай ... Samsung таны Exynos-д зориулсан). Энэ нь криптовалют олборлогчдод зориулсан жижиг, харьцангуй энгийн чип үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг гэдгийг л бид мэднэ. 2024 онд худалдаанд гарах энэхүү процессын зөвхөн хоёр дахь үе буюу 3GAP гэж нэрлэгддэг (хэдийгээр зарим эх сурвалж үүнийг 2 нм ангиллын процесс болгон өөрчилж магадгүй гэж хэлж байна) илүү өргөн хүрээнд ашиглагдах төлөвтэй байна.
GAAFET транзисторуудыг (Intel түүний хэрэгжилтийг RibbonFET гэж нэрлэдэг) Intel-ийн 20А ба 18А процессын нэг хэсэг болгон энэ жил Intel-ийн үйлдвэрүүдэд хүргэх ёстой бөгөөд үүнийг Сум нуур болон Сарны нуурын системийн эд анги үйлдвэрлэхэд ашиглах болно. Гэсэн хэдий ч, янз бүрийн салбарын цуу яриа нь анхны үйлдвэрлэлийн цар хүрээ хязгаарлагдмал байж болзошгүйг харуулж байна.
TSMC яах вэ? Тайваний компани GAAFET транзисторыг N2 процесст ашиглахаар төлөвлөж байгаа бөгөөд энэ нь 2025 он хүртэл бүрэн бэлэн болно гэж таамаглаагүй байна. Онолын хувьд өмнөхөөсөө хожуу Samsung болон Intel, гэхдээ TSMC тодорхой үйл явцтай байх талаар ярихдаа энэ нь ихэвчлэн ямар нэгэн зүйл үйлдвэрлэхэд бэлэн байх гэсэн үг юм Apple і Nvidia, тиймээс практикт ялгаа нь хамаагүй бага байж болно.
Мөн уншина уу: Neuralink Telepathy чипийн тухай бүх зүйл: энэ нь юу вэ, хэрхэн ажилладаг вэ
Транзисторыг тэжээх арга замыг өөрчлөх
Биднийг хүлээж буй хоёр дахь шинэлэг зүйл бол микро схемийн транзисторыг хэрхэн тэжээхтэй холбоотой юм. Одоогоор микропроцессорыг үйлдвэрлэх үйл явц нь доороос дээш давхаргаар явагддаг. Транзисторыг доор нь, дараа нь тэдгээрийн дээр холболтын сүлжээ, дараа нь цахилгаан кабель суурилуулсан. Ихэвчлэн араваас хорь гаруй давхарга байдаг бөгөөд давхарга өндөр байх тусам түүний элементүүд томордог.
Ирэх хэдэн жилийн хугацаанд стандарт нь транзисторуудын хоорондох уулзваруудыг хийсний дараа цахиур хавтанг эргүүлж, сийрэгжүүлж, хавтангийн нөгөө, өнгөлсөн талд цахилгаан дамжуулах замыг бий болгоно. Энэ нь транзисторууд нь жигнэмэгийн суурь биш харин бургер дахь патти шиг байх болно гэсэн үг юм.
Энэ нь чип үйлдвэрлэх үйл явцыг хэр хүндрүүлэхийг таахад хялбар боловч эхний туршилтуудын дагуу BSPDN (Ар талд цахилгаан дамжуулах сүлжээ) процесс нь олон давуу талыг авчирдаг. Нэгдүгээрт, энэ аргын ачаар транзисторыг бие биендээ ойртуулж болно. Хоёрдугаарт, давхаргын нийт тоо бага байх болно. Гуравдугаарт, цахилгаан тэжээлийн хамгийн дээд түвшнээс транзистор хүртэлх холболтууд богино байх болно. Энэ нь эрчим хүчний алдагдал багатай, тэжээлийн хүчдэлийг бууруулах боломжтой гэсэн үг юм. Энэхүү шийдлийг хэрэгжүүлэх арга замууд нь нарийн төвөгтэй байдал, боломжит ашиг тусын хувьд өөр өөр байж болох ч зах зээл дээрх бүх томоохон тоглогчид тоглоомыг лааны үнэ цэнэтэй гэж үздэг.
Энэ жилийн сүүлээр бид Intel Pro-д анх удаа BSPDN-ийг ажиллуулахыг харах болноcess 20A (Intel нь түүний хэрэгжилтийг PowerVia гэж нэрлэдэг). Intel нь транзисторын геометрийн хэлбэрийг өөрчлөх, шинэ машин ашиглахаас үл хамааран энэ технологи дээр хэсэг хугацаанд ажиллаж байгаатай холбоотой юм. Энэ нь тэр үүнийг бараг бүх ирээдүйн үйл явцад нэгтгэх боломжтой гэсэн үг юм.
Samsung BSPDN санал хүсэлтийн процессын хувилбараа хэзээ ашиглаж эхлэх талаар албан ёсны мэдээлэл хараахан өгөөгүй байна. Нэг их мэдээ байхгүй ч Intel энэ шийдлийг туршиж байгааг бид мэднэ. Салбарын цуу яриа үүнийг 2 онд төлөвлөсөн SF2025 процесст эсвэл 2027 онд хийхээр төлөвлөж буй дараагийн шатанд хэрэгжүүлэх боломжийн талаар ярьж байна.
TSMC мөн энэ тал дээр цаг заваа зарцуулж байгаа бөгөөд эхний туршилтууд сайн үр дүнд хүрсэн ч зөвхөн 2, 2026 онуудад хэрэгжүүлэхээр төлөвлөж буй N2027P процесст BSPDN-ийг нэвтрүүлэхээр төлөвлөж байна.
Мөн уншина уу: Шинжлэх ухааны үүднээс телепортаци ба түүний ирээдүй
Хавтанд өртөх машиныг өөрчлөх
Микропроцессорын үйлдвэрлэлийн талаар ямар ч ноцтой яриа Рэйлигийн шалгуурыг дурдаагүй байж болохгүй. Литографийн хувьд, өөрөөр хэлбэл цахиур ялтсуудыг ил гаргах үйл явцын хувьд энэ нь дараах томъёоны хэлбэртэй байна.
CD = k1 • λ / NA.
Энгийнээр хэлбэл, цахиур хавтан дээрх гэрлийн нөлөөгөөр үүсгэж болох хамгийн жижиг элементийн хэмжээ нь гурван тооноос хамаарна гэсэн үг юм.
k1 нь практикт үйл явцын үр ашгийг харуулсан хэмжээсгүй коэффициент юм;
λ нь хавтанг гэрэлтүүлдэг гэрлийн долгионы урт;
NA нь оптик системийн тоон нүх юм.
Олон жилийн турш транзисторын нягтыг нэмэгдүүлэх гол арга бол улам богино долгионы урттай гэрлийг ашиглах явдал байв. Бид хэдхэн зуун нанометрийн түвшинд эхэлсэн бөгөөд хагас дамжуулагч ертөнц хүссэнээсээ хамаагүй удаан наасан 193 нм долгионы урттай гэрлийг ашиглахад харьцангуй хурдан шилжиж чадсан. Олон жилийн судалгаа, саатал, олон тэрбум доллар зарцуулсны эцэст 2019 онд ASML-ийн хэт ягаан туяаны литографийн машинууд зах зээлд гарч ирэв. Тэд 13,5 нм орчим долгионы урттай хэт ягаан туяаг (EUV) ашигладаг бөгөөд одоо бүх дэвшилтэт чип үйлдвэрлэх үйлдвэрүүдэд ашиглагдаж байна. Гэсэн хэдий ч энэ нь магадгүй дээрх томъёонд λ-ийг хамгийн сүүлд амжилттай бууруулсан явдал юм.
Тийм учраас та NA-г өөрчлөх талаар тоглох хэрэгтэй болно. Та NA-г камерын линзний нүх гэж ойлгож болно. Энэ хэмжээсгүй тоо нь оптик систем хэр их гэрэл цуглуулдагийг тодорхойлдог. Литографийн машинуудын хувьд энэ нь (дээрх томъёоны дагуу) хэрэв бид жижиг, жижиг шинж чанаруудыг хийхийг хүсч байвал NA нь өндөр байх ёстой гэсэн үг юм. Одоогоор ашиглагдаж байгаа ASML машинуудын NA нь 0,33 байна. Дараагийн алхам бол оптик системийн өндөр тоон нүхтэй машинууд бөгөөд NA нь 0,55 байна.
Энэ нь энгийн сонсогдож байгаа ч энэ бизнест энгийн зүйл байхгүй. Энэ нь High-NA машинууд нь өмнөх үеийнхээсээ хамаагүй том бөгөөд хоёр дахин илүү үнэтэй (400 сая доллартай харьцуулахад 150 сая доллар), харин дамжуулах чадвар багатай гэдгээрээ хамгийн сайн харагдаж байна. Тиймээс, энэ нь хамгийн дэвшилтэт процессоруудыг үйлдвэрлэх ирээдүй гэдгийг хүн бүр мэддэг ч энэ нь ихэвчлэн шаардлагатай бузар муугийн нэг хэлбэр гэж ойлгогддог.
Intel нь EUV High-NA машинуудыг хамгийн хурдан ашигладаг байсан. Америкийн компани энэ төрлийн анхны бэлэн машиныг аль хэдийн худалдаж авсан бөгөөд одоогоор Орегон дахь компанийн үйлдвэрүүдийн нэгэнд суурилуулж байна. Түүнчлэн, Intel энэ онд үйлдвэрлэсэн ихэнх машинуудыг худалдаж авахаар төлөвлөж байна. Хөгжүүлэгчид 14 эсвэл 2026 онд (хэрэв бүх зүйл төлөвлөгөөний дагуу явбал) гэрэл гэгээтэй байх төлөвтэй байгаа 2027А процесст High-NA litography-ийг өргөн хүрээнд ашиглахаар төлөвлөж байгаа нь мэдэгдэж байна.
Үүний зэрэгцээ, Samsung болон TSMC нь 1 нм процессыг хэрэгжүүлэх хүртэл, өөрөөр хэлбэл 2030 он хүртэл энэ төхөөрөмжийг ашиглах эдийн засгийн үндэслэлд эргэлзэж байгаа тул яарахгүй байна. Үүний оронд тэд k1 хүчин зүйлийн нөлөөн дор байдаг янз бүрийн заль мэх, үйл явцыг сайжруулах замаар өөрт байгаа EUV машинуудаас хамгийн сайныг нь шахах бодолтой байна.
Мөн сонирхолтой: Тайвань, Хятад, АНУ технологийн ноёрхлын төлөө хэрхэн тэмцэж байна вэ: агуу чипний дайн
3D руу шилжих
Одоо бид тодорхой төлөвлөгөө биш, тодорхойгүй ирээдүй, судалгааны ажил, ерөнхий таамаглалын бүс рүү шилжиж эхэлж байна. Гэсэн хэдий ч X ба Y масштабын хэмжээ бараг хязгаартаа хүрч байгаа тул транзисторуудыг бие биенийхээ дээр байрлуулах шаардлагатай цаг ирнэ гэдэгт олон нийт санал нэгтэй байна. Одоогийн байдлаар P ба N хэлбэрийн транзисторууд бие биенийхээ хажууд байрладаг. Зорилго нь N төрлийн транзисторуудыг P хэлбэрийн транзисторуудын дээр байрлуулах бөгөөд ингэснээр CFET (нэмэлт FETs) гэж нэрлэгддэг транзисторуудын "сэндвич" -ийг бий болгох явдал юм. Ийм загварт хүрэх хоёр үндсэн аргыг судалж байна: бүхэл бүтэн бүтэц нь нэг хавтан дээр баригдсан цул, дараалсан, N ба P хэлбэрийн транзисторыг бие биендээ "наасан" тусдаа хавтан дээр үйлдвэрлэдэг.
Мэргэжилтнүүдийн үзэж байгаагаар микропроцессорын үйлдвэрлэлийн зах зээл 2032-2034 онуудад гурав дахь хэмжээс рүү орно. Одоогийн байдлаар Intel болон TSMC нар энэхүү технологийг хэрэгжүүлэх тал дээр эрчимтэй ажиллаж байгаа нь мэдэгдэж байгаа боловч Samsung, магадгүй унтаагүй байх, учир нь энэ шийдлийг ашигласнаар ашиг тус нь асар их юм.
Мөн сонирхолтой: Орчлон ертөнц: Хамгийн ер бусын сансрын биетүүд
"Хоёр хэмжээст" рүү шилжих
Микро схемийн үйлдвэрлэлийн дэлхийн удирдагчдын шийдвэрлэх гэж оролдож буй өөр нэг асуудал бол цахиурын хомсдол юм. Энэ элемент нь хэдэн арван жилийн турш бидэнд үнэнчээр үйлчилсэн боловч түүний хязгаарлагдмал тоо хэмжээ нь илүү жижиг, хурдан транзистор үйлдвэрлэх боломжгүй болгож эхэлж байна. Тиймээс транзисторын суваг дахь цахиурыг орлож чадах хоёр хэмжээст материал гэгдэх судалгаа дэлхий даяар үргэлжилж байна. Эдгээр нь зузаан нь хэд хэдэн эсвэл зөвхөн нэг атом байж болох материалууд бөгөөд ийм зузаантай цахиурын хагас дамжуулагчдад байхгүй цахилгаан цэнэгийн хөдөлгөөнийг хангадаг.
Хамгийн алдартай хоёр хэмжээст материал бол графен юм. Хэдийгээр үүнийг чип үйлдвэрлэлд ашиглах талаар судалж байгаа боловч байгалийн эрчим хүчний цоорхой байхгүй тул хагас дамжуулагч үйлдвэрлэхэд хэзээ нэгэн цагт үйлдвэрлэлийн хэмжээнд ашиглах эсэх нь эргэлзээтэй байна. Гэсэн хэдий ч TMD-ийн нэгдлүүдийг (Transition Metal Dichalcogenides - үелэх системийн d блокийн шилжилтийн металлын нэгдлүүд ба үелэх системийн 16-р бүлгийн халькогений нэгдлүүд) ашиглан судалгаа хийсэн. Intel болон TSMC-ийн хийсэн MoS 2 ба WSe 2 нь нэлээд ирээдүйтэй харагдаж байна. Тэдний үр дагаврыг бид ойрын арван жилд харах боломжтой.
Мөн уншина уу:
Сонирхолтой үеүүд өмнө нь байна
Дүгнэж хэлэхэд ойрын жилүүд хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлийн салбарт шинэчлэл, хувьсгалаар дүүрэн байх болно гэдгийг би тэмдэглэж байна. Дээр дурдсан шинэлэг зүйлүүд нь сэдвийг бүрмөсөн дуусгадаггүй, учир нь бид компьютерийн литографийн талаар, чиплет хөгжүүлэх тухай, Шилэн процессорын суурь руу шилжих боломжийн талаар юу ч дурдаагүй. Бид мөн санах ойн үйлдвэрлэлд ахиц дэвшлийн талаар яриагүй.
Өрсөлдөгчид бүтэлгүйтэх магадлал өндөр байдаг тул ийм эргэлтийн цэгүүд технологийн хоцролтыг гүйцэхэд тохиромжтой гэдгийг хүн бүр мэддэг. Intel нь хагас дамжуулагчийн дараагийн инновацийг өрсөлдөгчдөөсөө илүү хурдан санал болгож чадна гэж компанийн бүх ирээдүйг бодсон. Мөн АНУ-ын засгийн газар хамгийн сүүлийн үеийн чипний үйлдвэрлэлийг Хойд Америкт буцаан авчрах сонирхолтой байгаа тул Intel-ийн хөгжилд олон тэрбум долларын хөрөнгө оруулалт хийж байна. Гэсэн хэдий ч чипийн татаас нь зөвхөн америкчуудын сонирхдог талбар биш юм. Солонгос, Тайваньд засгийн газрууд ч гэсэн өгөөмөр давуу эрх олгодог Samsung болон TSMC, учир нь тэд ирээдүйн үе ямар чухал болохыг, эдгээр улсын ирээдүй шинэ технологиос хэр их хамааралтай болохыг мэддэг. Үүний зэрэгцээ хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийг судлах, хөгжүүлэх, хөгжүүлэхэд асар их хэмжээний хөрөнгө оруулалт хийдэг Хятад улс тэдний ард байгаа тул энэ нь өөр нийтлэлийн сэдэв юм.
Мөн уншина уу: